Simularea formei și dimensiunii micelelor de cazeină într-o stare de film - Alimente; Funcție (RSC

Ronald Gebhardt * a și Ulrich Kulozik b
a Technische Universität München, Catedra pentru ingineria proceselor alimentare și tehnologia produselor lactate, Weihenstephaner Berg 1, 85354 Freising-Weihenstephan, Germania. E-mail: [email protected]
b Centrul de cercetare pentru nutriție și știința alimentelor (ZIEL) - Secțiunea Tehnologie, Technische Universität München, Germania

Publicat pentru prima dată pe 21 ianuarie 2014

Micelele de cazeină fracționate de dimensiune (CM) formează pelicule omogene în care sunt ambalate dens. Dimensiunea laterală a CM în filme poate fi bine rezolvată prin metode sensibile la suprafață, dar estimarea înălțimilor lor este încă o provocare. Arătăm că informațiile despre înălțime pot fi obținute din tiparele de împrăștiere ale experimentelor GISAXS pe filme de cazeină foarte ordonate. Folosim o abordare de împrăștiere elastică în cadrul aproximării Born distorsionate (DWBA) pentru a simula pentru prima dată distribuția bidimensională a intensității unui experiment GISAXS al CM în apropierea unghiului lor critic. Modelul care se potrivește cu datele GISAXS consideră cel mai bine un factor de formă elipsoidal pentru CM și un aranjament pe o rețea hexagonală. Rezultatele noastre indică faptul că în timpul formării filmului, structura soluției sferice a CM-urilor devine comprimată în direcția perpendiculară pe suprafața filmului. În starea filmului, micelele își asumă o formă elipsoidală oblată cu un raport de aspect de 1,9. Prin urmare, suprafața și suprafața lor de contact crește. Ca urmare, densitatea case-cazeinei de pe suprafața micelară scade, ceea ce ar putea influența proprietățile funcționale ale acoperirilor și filmelor.

Introducere

În această lucrare arătăm că informații precise despre structura 3D a CM-urilor din filme pot fi obținute din măsurători GISAXS, cu condiția ca toate micelele să fie egale și aranjate regulat. Pentru prima dată descriem modul în care informațiile structurale pot fi extrase prin modelarea și simularea unui model GISAXS. Analiza se bazează pe aproximarea Born distorsionată (DWBA) care ia în considerare multiplele evenimente de împrăștiere în timpul procesului de împrăștiere pe suprafață.

Experimental

Context teoretic


FIG. 1 (A) Geometrie de împrăștiere: razele X ale vectorului de undă k i sunt reflectate (k f) și refractate (k t) la o suprafață netedă de aer solid; (B) Transferuri specifice de vectori de undă pentru patru evenimente de împrăștiere care sunt luate în considerare în cadrul DWBA.


FIG. 2 Structurile de suprafață apropiate ale eșantionului sunt mapate în spațiu invers pe un detector CCD instalat la o distanță fixă în spatele eșantionului. Alinierea exactă a planului de probă la fasciculul de raze X de intrare este asigurată prin translație de-a lungul a trei direcții și rotire în jurul a două axe.

Simulare

Pentru simulări am folosit IsGISAXS. 12 Programul utilizează o abordare de împrăștiere elastică pentru a calcula secțiunea transversală de împrăștiere, definită de

(1)

În această ecuație n denotă numărul de fotoni împrăștiați pe secundă într-un element de unghi solid Δ Ω în direcția (2 ψ f, α f), I 0 este intensitatea fotonilor incidenți și N este numărul total de dispersori. Intensitatea împrăștiată este o funcție a unghiului în afara planului ψ și a unghiului de ieșire α f sau alternativ al componentei vectorului de undă transferă Q y și Q z. Relația funcțională dintre ambele seturi de parametri este dată de:

(2)

Simulările au fost efectuate în cadrul aproximării locale monodisperse (LMA). LMA înlocuiește puterea de împrăștiere a fiecărei particule cu valoarea medie a distribuției mărimii presupuse în funcție de:

(3)

Datorită celor patru evenimente de împrăștiere presupuse, factorul de formă F depinde de Q y și Q z n:

F (Q ||, Q zn) = F (Q ||, Q z 1) + R f (α i) F (Q ||, Q z 2) + R f (α f) F (Q ||, Q z 3) + R f (α i) R f (α f) F (Q ||, Q z 4)

(4)

(5)

Funcția de interferență S (Q) este transformata Fourier a funcției de corelație hexagonală insulă - insulă.

pregătirea unei mostre

Experimente sensibile la suprafață pe filme de cazeină

rezultate si discutii


FIG. 3 (A) Distribuția bidimensională a intensității unui experiment GISAXS pe un CM foarte ordonat într-un film preparat pe o placă de siliciu. Unghiurile α f 1, α f 2 și ψ sunt indicate la care extragem tăieturile orizontale și verticale pentru o simulare detaliată. (B) Dimensiunile suprafeței eșantionului peste care mediile experimentului GISAXS sunt comparate cu cele ale unei imagini AFM tipice.